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公開番号2025089514
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-12
出願番号2025052861,2024000075
出願日2025-03-27,2011-03-31
発明の名称半導体装置
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H10D 30/67 20250101AFI20250605BHJP()
要約【課題】酸化物半導体を用いた半導体装置に安定した電気的特性を付与し、高信頼性化す
ることを目的の一とする。
【解決手段】半導体装置が、絶縁膜と、絶縁膜上において該絶縁膜と接する第1の金属酸
化物膜と、第1の金属酸化物膜と一部が接する酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜と電気
的に接続するソース電極およびドレイン電極と、酸化物半導体膜と一部が接する第2の金
属酸化物膜と、第2の金属酸化物膜上において該第2の金属酸化物膜と接するゲート絶縁
膜と、ゲート絶縁膜上のゲート電極と、を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板上の絶縁膜と、
前記絶縁膜上の領域を有する第１の酸化物膜と、
前記第１の酸化物膜上の領域を有する第１の導電膜と、
前記第１の酸化物膜上の領域を有する第２の導電膜と、
前記第１の酸化物膜上の領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の領域を有する第２の酸化物膜と、
前記第２の酸化物膜上の領域を有する第３の導電膜と、を有し、
前記絶縁膜は、窒化シリコンを有し、
前記第２の酸化物膜は、前記第１の酸化物膜と同じ材料を有し、
前記酸化物半導体膜は、トランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記第１の導電膜は、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方として機能する領域を有し、
前記第２の導電膜は、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の他方として機能する領域を有し、
前記第３の導電膜は、前記トランジスタのゲート電極として機能する領域を有し、
前記第２の酸化物膜は、前記酸化物半導体膜の上面に接する領域を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記第１の酸化物膜の上面に接する領域を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記第１の導電膜の上面に接する領域と、前記第１の導電膜の側面に接する領域と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記第２の導電膜の上面に接する領域と、前記第２の導電膜の側面に接する領域と、を有し、
前記第３の導電膜は、前記第２の酸化物膜を介して前記酸化物半導体膜と重なる領域を有し、
前記第２の酸化物膜は、前記第３の導電膜と重ならない領域を有し、
前記第１の導電膜は、前記第２の酸化物膜と重ならない領域を有し、
前記第２の導電膜は、前記第２の酸化物膜と重ならない領域を有し、
前記トランジスタのチャネル長方向に沿って切断した断面の断面視において、前記第２の酸化物膜の端部は前記酸化物半導体膜の上方に配置される、半導体装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
基板上の絶縁膜と、
前記絶縁膜上の領域を有する第１の酸化物膜と、
前記第１の酸化物膜上の領域を有する第１の導電膜と、
前記第１の酸化物膜上の領域を有する第２の導電膜と、
前記第１の酸化物膜上の領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の領域を有する第２の酸化物膜と、
前記第２の酸化物膜上の領域を有する第３の導電膜と、を有し、
前記絶縁膜は、窒化シリコンを有し、
前記第２の酸化物膜は、前記第１の酸化物膜と同じ材料を有し、
前記酸化物半導体膜は、トランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記第１の導電膜は、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方として機能する領域を有し、
前記第２の導電膜は、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の他方として機能する領域を有し、
前記第３の導電膜は、前記トランジスタのゲート電極として機能する領域を有し、
前記第２の酸化物膜は、前記酸化物半導体膜の上面に接する領域を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記第１の酸化物膜の上面に接する領域を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記第１の導電膜の上面に接する領域と、前記第１の導電膜の側面に接する領域と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記第２の導電膜の上面に接する領域と、前記第２の導電膜の側面に接する領域と、を有し、
前記第３の導電膜は、前記第２の酸化物膜を介して前記酸化物半導体膜と重なる領域を有し、
前記第２の酸化物膜は、前記第３の導電膜と重ならない領域を有し、
前記第１の導電膜は、前記第２の酸化物膜と重ならない領域を有し、
前記第２の導電膜は、前記第２の酸化物膜と重ならない領域を有し、
前記トランジスタのチャネル長方向に沿って切断した断面の断面視において、前記第２の酸化物膜の端部は前記酸化物半導体膜の上方に配置され、前記第３の導電膜の端部は前記第２の酸化物膜の上方に配置される、半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記第１の導電膜は、前記酸化物半導体膜と重なる領域と、前記酸化物半導体膜と重ならない領域と、を有し、
前記第２の導電膜は、前記酸化物半導体膜と重なる領域と、前記酸化物半導体膜と重ならない領域と、を有する、半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
半導体装置および半導体装置の作製方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【０００２】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装
置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術
が注目されている。該トランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（表示装置）のよ
うな電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシ
リコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目され
ている。
【０００４】
例えば、トランジスタの活性層として、電子キャリア濃度が１０
１８
／ｃｍ
３
未満であ
るインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、および亜鉛（Ｚｎ）を含む非晶質酸化物を用
いたトランジスタが開示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
酸化物半導体を用いたトランジスタは、アモルファスシリコンを用いたトランジスタよ
りも動作速度が速く、多結晶シリコンを用いたトランジスタよりも製造が容易であるもの
の、電気的特性が変動しやすく、信頼性が低いという問題点が知られている。例えば、光
ＢＴ試験前後において、トランジスタのしきい値電圧は変動してしまう。これに対して、
特許文献２および特許文献３では、酸化物半導体を用いたトランジスタのしきい値電圧の
シフトを抑制するために、酸化物半導体層の上部面または下部面の少なくとも一面に設け
た界面安定化層によって酸化物半導体層の界面における電荷トラップを防止する技術が開
示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００６－１６５５２８号公報
特開２０１０－１６３４７号公報
特開２０１０－１６３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２または特許文献３で開示されたトランジスタは、界面安定化
層として、ゲート絶縁層および保護層と同質性を有する層を用いており、活性層との界面
の状態を良好に保つことができないため、活性層と界面安定化層との界面における電荷ト
ラップを抑制することが困難である。特に、界面安定化層と活性層が同等のバンドギャッ
プを有する場合には、電荷の蓄積が容易に起こりえる。
【０００８】
したがって、酸化物半導体を用いたトランジスタは、未だ十分な信頼性を有していると
は言えない。
【０００９】
このような問題に鑑み、酸化物半導体を用いた半導体装置に安定した電気的特性を付与
し、高信頼性化することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
開示する発明の一態様は、ゲート絶縁膜、または保護絶縁膜等の絶縁膜と、活性層とし
ての酸化物半導体膜が直接的に接するのではなく、これらの間に、これらと接して金属酸
化物膜が存在し、且つ該金属酸化物膜は酸化物半導体膜と同種の成分でなることを技術的
思想とするものである。つまり、開示する発明の一態様は、金属酸化物膜および酸化物半
導体膜とは異なる成分でなる絶縁膜と、金属酸化物膜と、酸化物半導体膜と、が積層され
た構造を備えている。ここで、「酸化物半導体膜と同種の成分」とは、酸化物半導体膜の
構成元素から選択される一または複数の金属元素を含むことを意味する。
（【００１１】以降は省略されています）

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